JPH11130568A - 複合体とそれを用いたヒートシンク - Google Patents
複合体とそれを用いたヒートシンクInfo
- Publication number
- JPH11130568A JPH11130568A JP9291866A JP29186697A JPH11130568A JP H11130568 A JPH11130568 A JP H11130568A JP 9291866 A JP9291866 A JP 9291866A JP 29186697 A JP29186697 A JP 29186697A JP H11130568 A JPH11130568 A JP H11130568A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- composite
- ceramic
- heat sink
- ceramic composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/515—Other specific metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/515—Other specific metals
- C04B41/5155—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高熱伝導率、高強度で、しかもセラミック基板
に適用してはんだクラックを発生しがたいヒートシンク
を提供する。 【解決手段】多孔質セラミックス構造体に金属を含浸し
てなる複合体であって、該複合体表面に前記金属の層を
設けてなることを特徴とする複合体であり、好ましく
は、空隙率２０〜５０％の炭化珪素とアルミニウムを主
成分とする金属からなる複合体であり、更に好ましく
は、前記金属の層の表面にＮｉ質メッキを設けてなる複
合体と前記の複合体を用いてなるヒートシンク。
に適用してはんだクラックを発生しがたいヒートシンク
を提供する。 【解決手段】多孔質セラミックス構造体に金属を含浸し
てなる複合体であって、該複合体表面に前記金属の層を
設けてなることを特徴とする複合体であり、好ましく
は、空隙率２０〜５０％の炭化珪素とアルミニウムを主
成分とする金属からなる複合体であり、更に好ましく
は、前記金属の層の表面にＮｉ質メッキを設けてなる複
合体と前記の複合体を用いてなるヒートシンク。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属或いは合金と
セラミックスとからなる複合体（以下、「金属−セラミ
ックス複合体」又は単に「複合体」という）と、それを
用いたＩＣパッケージや多層配線基板等の半導体装置の
ヒートシンクに関する。
セラミックスとからなる複合体（以下、「金属−セラミ
ックス複合体」又は単に「複合体」という）と、それを
用いたＩＣパッケージや多層配線基板等の半導体装置の
ヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来技術】半導体分野において、ＬＳＩの高集積化、
高速化のために発熱が増加する傾向にあり、ヒートシン
クとして銅等を裏面（回路、半導体搭載面と反対側の
面）に設けた、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素
等のセラミックス基板が用いられている。一般に、半導
体素子は熱に弱く、発熱による温度上昇は、半導体回路
の誤動作を発生させたり半導体回路の破壊の原因とな
る。そのため、発生した熱を逃がすためのヒ−トシンク
が備えられたパッケージが使用されるのが一般的であ
る。近年、パワートランジスタ等の分野では大電流化に
伴い発熱量がいっそう大きくなり、その熱を逃がすヒー
トシンクに対する要求特性も厳しいものとなってきてい
る。
高速化のために発熱が増加する傾向にあり、ヒートシン
クとして銅等を裏面（回路、半導体搭載面と反対側の
面）に設けた、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素
等のセラミックス基板が用いられている。一般に、半導
体素子は熱に弱く、発熱による温度上昇は、半導体回路
の誤動作を発生させたり半導体回路の破壊の原因とな
る。そのため、発生した熱を逃がすためのヒ−トシンク
が備えられたパッケージが使用されるのが一般的であ
る。近年、パワートランジスタ等の分野では大電流化に
伴い発熱量がいっそう大きくなり、その熱を逃がすヒー
トシンクに対する要求特性も厳しいものとなってきてい
る。
【０００３】ヒートシンクに使用される材料には、先ず
高熱伝導性であることが要求される。又、セラミックス
基板とヒートシンクの熱膨張差に起因して、加熱接合時
や使用時のヒートサイクルによりはんだ部分でのクラッ
ク（以下、「はんだクラック」という）やセラミック基
板の割れ等が発生することがあるため、熱膨張係数が金
属と比べて低く、セラミック基板として使用されるアル
ミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等に近いことが要求
される。更に、軽量化の要求も強い。これらの要求を満
たすヒートシンク用材料として、近年、金属−セラミッ
クス複合体が注目されている（特開昭６４−８３６３４
号公報、特開平９−２０９０５８号公報）。
高熱伝導性であることが要求される。又、セラミックス
基板とヒートシンクの熱膨張差に起因して、加熱接合時
や使用時のヒートサイクルによりはんだ部分でのクラッ
ク（以下、「はんだクラック」という）やセラミック基
板の割れ等が発生することがあるため、熱膨張係数が金
属と比べて低く、セラミック基板として使用されるアル
ミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等に近いことが要求
される。更に、軽量化の要求も強い。これらの要求を満
たすヒートシンク用材料として、近年、金属−セラミッ
クス複合体が注目されている（特開昭６４−８３６３４
号公報、特開平９−２０９０５８号公報）。
【０００４】金属−セラミックス複合体は、セラミック
粉、セラミック繊維を成形し、必要な場合にはさらにこ
れを焼成して作製した多孔質セラミックス構造体を用
い、これを所望の型内の空間に配置し、この空間に溶融
金属を流し込むことによって、前記多孔質セラミックス
構造体に前記金属を含浸し、これを冷却することにより
作製する。溶融金属を含浸する方法としては、粉末冶金
法に基づく方法、例えば、ダイキャスト法（特表平５−
５０８３５０号公報）や溶湯鍛造法（まてりあ、第３６
巻、第１号、１９９７、４０−４６ページ）等の圧力鋳
造による方法、自発浸透による方法（特開平２−１９７
３６８号公報）等の各種の方法が知られている。
粉、セラミック繊維を成形し、必要な場合にはさらにこ
れを焼成して作製した多孔質セラミックス構造体を用
い、これを所望の型内の空間に配置し、この空間に溶融
金属を流し込むことによって、前記多孔質セラミックス
構造体に前記金属を含浸し、これを冷却することにより
作製する。溶融金属を含浸する方法としては、粉末冶金
法に基づく方法、例えば、ダイキャスト法（特表平５−
５０８３５０号公報）や溶湯鍛造法（まてりあ、第３６
巻、第１号、１９９７、４０−４６ページ）等の圧力鋳
造による方法、自発浸透による方法（特開平２−１９７
３６８号公報）等の各種の方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ヒートシンクはセラミ
ック基板にはんだ付けするために、通常その表面にＮｉ
系のメッキ処理がなされる。金属−セラミックス複合体
には絶縁体であるセラミックスが含まれているため、コ
スト的に優れた電解メッキ（電気メッキ）はすることが
できない。無電解メッキの場合にも、メッキ性の異なる
金属とセラミックスが共存している面にメッキをするこ
とから、強固で均一なメッキをすることが難しい。この
メッキ性の悪さが、金属−セラミックス複合体をヒート
シンクとして使用する上での問題点となっている。
ック基板にはんだ付けするために、通常その表面にＮｉ
系のメッキ処理がなされる。金属−セラミックス複合体
には絶縁体であるセラミックスが含まれているため、コ
スト的に優れた電解メッキ（電気メッキ）はすることが
できない。無電解メッキの場合にも、メッキ性の異なる
金属とセラミックスが共存している面にメッキをするこ
とから、強固で均一なメッキをすることが難しい。この
メッキ性の悪さが、金属−セラミックス複合体をヒート
シンクとして使用する上での問題点となっている。
【０００６】また、金属−セラミックス複合体をヒート
シンクとして使用する場合、その片面はセラミック基板
とはんだ付けされ、他の片面は金属性の放熱フィンとネ
ジ止めがされるのが一般的である。この場合、金属−セ
ラミックス複合体は金属と比較してヤング率が大きいた
め、ＩＣ等に実使用下で発熱により温度が上がると、は
んだとの間でひずみが生じ、はんだクラックが発生する
ことがある。また熱膨張差により放熱フィンとの間の密
着性が悪くなり、放熱特性が低下するという問題もあ
る。
シンクとして使用する場合、その片面はセラミック基板
とはんだ付けされ、他の片面は金属性の放熱フィンとネ
ジ止めがされるのが一般的である。この場合、金属−セ
ラミックス複合体は金属と比較してヤング率が大きいた
め、ＩＣ等に実使用下で発熱により温度が上がると、は
んだとの間でひずみが生じ、はんだクラックが発生する
ことがある。また熱膨張差により放熱フィンとの間の密
着性が悪くなり、放熱特性が低下するという問題もあ
る。
【０００７】更に、金属−セラミックス複合体は金属と
比較して固く、加工が難しいため、形状対応性が悪いと
いう問題がある。
比較して固く、加工が難しいため、形状対応性が悪いと
いう問題がある。
【０００８】本発明者らは上記課題を解決するために鋭
意検討を行なった結果、金属−セラミックス複合体の表
面に当該金属の層を設けることにより、メッキ性が良
く、塑性ひずみによるはんだクラックの発生や放熱フィ
ンとの密着性の低下が無い、かつ加工性にも優れた金属
−セラミックス複合体が得られることを見いだし、本発
明を完成するにいたった。
意検討を行なった結果、金属−セラミックス複合体の表
面に当該金属の層を設けることにより、メッキ性が良
く、塑性ひずみによるはんだクラックの発生や放熱フィ
ンとの密着性の低下が無い、かつ加工性にも優れた金属
−セラミックス複合体が得られることを見いだし、本発
明を完成するにいたった。
【０００９】
【問題を解決するための手段】即ち、本発明は、多孔質
セラミックス構造体に金属を含浸してなる複合体であっ
て、該複合体表面全体に前記金属の層を設けてなること
を特徴とする複合体であり、好ましくは、前記多孔質セ
ラミックス構造体が炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化
珪素、アルミナ又はシリカからなる群より選ばれる１種
以上からなることを特徴とする複合体である。
セラミックス構造体に金属を含浸してなる複合体であっ
て、該複合体表面全体に前記金属の層を設けてなること
を特徴とする複合体であり、好ましくは、前記多孔質セ
ラミックス構造体が炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化
珪素、アルミナ又はシリカからなる群より選ばれる１種
以上からなることを特徴とする複合体である。
【００１０】本発明は、金属がアルミニウム又はマグネ
シウムのいずれかを主成分とすることを特徴とする前記
の複合体であり、更に好ましくは、前記多孔質セラミッ
クスが空隙率２０〜５０％の炭化珪素からなり、前記金
属がアルミニウムを主成分とすることを特徴とする前記
の複合体である。
シウムのいずれかを主成分とすることを特徴とする前記
の複合体であり、更に好ましくは、前記多孔質セラミッ
クスが空隙率２０〜５０％の炭化珪素からなり、前記金
属がアルミニウムを主成分とすることを特徴とする前記
の複合体である。
【００１１】又、本発明は、表面にＮｉ質メッキ層を設
けてなる前記の複合体であり、加えて、前記の複合体を
用いてなることを特徴とするヒートシンクである。
けてなる前記の複合体であり、加えて、前記の複合体を
用いてなることを特徴とするヒートシンクである。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、多孔質セラミックス構
造体に金属を含浸してなる複合体であって、該複合体表
面全体に前記金属の層を設けてなることを特徴とする複
合体である。この構造を採用するとき、金属−セラミッ
クス複合体中の金属と表面の金属の層が同一であり、連
続的につながっているので、金属−セラミックス複合体
と金属層とが形成する界面での金属層の剥離等が起こる
のを防止できる効果がある。
造体に金属を含浸してなる複合体であって、該複合体表
面全体に前記金属の層を設けてなることを特徴とする複
合体である。この構造を採用するとき、金属−セラミッ
クス複合体中の金属と表面の金属の層が同一であり、連
続的につながっているので、金属−セラミックス複合体
と金属層とが形成する界面での金属層の剥離等が起こる
のを防止できる効果がある。
【００１３】また、表面が低ヤング率の金属層で覆われ
ているため、該金属−セラミックス複合体が、例えばセ
ラミックス基板や放熱フィンとはんだで接合され、ヒー
トシンクとして用いられた場合に、はんだとの間のひず
みが小さくなることから、はんだクラックが発生しにく
くなるという効果が得られる。また、放熱フィンとの密
着性の低下も少なく、放熱特性が長期に渡り安定して得
ることができる。
ているため、該金属−セラミックス複合体が、例えばセ
ラミックス基板や放熱フィンとはんだで接合され、ヒー
トシンクとして用いられた場合に、はんだとの間のひず
みが小さくなることから、はんだクラックが発生しにく
くなるという効果が得られる。また、放熱フィンとの密
着性の低下も少なく、放熱特性が長期に渡り安定して得
ることができる。
【００１４】更に、本発明の金属−セラミックス複合体
は、上記構造を採用することにより、表面に金属層を有
しない従来公知の金属−セラミックス複合体と比較し
て、加工性に富んでいる。例えば、平面研削によりヒー
トシンクの面加工をする場合には、本発明の金属−セラ
ミックス複合体では、所定寸法より小さめの多孔質セラ
ミックス構造体を用い、金属の層を厚めに設けること
で、金属層のみを平面研削するだけで所望寸法の金属−
セラミックス複合体を得ることができる。従来のダイヤ
モンド工具等を必要とするセラミック部分の研削が不必
要となる。
は、上記構造を採用することにより、表面に金属層を有
しない従来公知の金属−セラミックス複合体と比較し
て、加工性に富んでいる。例えば、平面研削によりヒー
トシンクの面加工をする場合には、本発明の金属−セラ
ミックス複合体では、所定寸法より小さめの多孔質セラ
ミックス構造体を用い、金属の層を厚めに設けること
で、金属層のみを平面研削するだけで所望寸法の金属−
セラミックス複合体を得ることができる。従来のダイヤ
モンド工具等を必要とするセラミック部分の研削が不必
要となる。
【００１５】同様に、金属−セラミックス複合体に穴明
け加工をする場合には、予め所望寸法よりも大きな穴を
有する多孔質セラミックス構造体を用いて、金属の層を
厚めに設けることで、従来公知の金属加工法を適用する
のみで所望寸法の金属−セラミックス複合体を得ること
ができる。
け加工をする場合には、予め所望寸法よりも大きな穴を
有する多孔質セラミックス構造体を用いて、金属の層を
厚めに設けることで、従来公知の金属加工法を適用する
のみで所望寸法の金属−セラミックス複合体を得ること
ができる。
【００１６】更に、多孔質セラミックス構造体と溶融金
属を流し込む型内空間の大きさを調整することで、例え
ば、一部がフィン状に突出した形状の金属層を有する金
属−セラミックス複合体、金属層で埋まった穴を有する
金属−セラミックス複合体、一部に肉厚の大きな金属層
を有する金属−セラミックス複合体等を作製し、前記金
属層を従来公知の金属加工法を適用することができる。
ここで、従来公知の金属加工法としては、前記の平面研
削方法、穴あけ加工方法に例示される機械加工法に限定
されるものでなく、金属の加工に適用できるあらゆる方
法をいう。
属を流し込む型内空間の大きさを調整することで、例え
ば、一部がフィン状に突出した形状の金属層を有する金
属−セラミックス複合体、金属層で埋まった穴を有する
金属−セラミックス複合体、一部に肉厚の大きな金属層
を有する金属−セラミックス複合体等を作製し、前記金
属層を従来公知の金属加工法を適用することができる。
ここで、従来公知の金属加工法としては、前記の平面研
削方法、穴あけ加工方法に例示される機械加工法に限定
されるものでなく、金属の加工に適用できるあらゆる方
法をいう。
【００１７】従って、金属層の厚みとしては、選択され
る金属加工方法、加工後の金属−セラミックス複合体の
寸法精度等により異なるが、少なくとも０．５μｍ以上
であれば良い。金属加工法のうち安価で生産性の高い汎
用の機械加工法を適用する場合には、前記金属層の厚み
としては５０μｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上であるこ
とが一層好ましい。尚、その上限値に関しては、特に限
定するべき理由がないが、２０ｍｍを越えるときには、
例えば、半導体搭載用回路基板の放熱部品として用いる
ときに、高熱伝導、低熱膨張率であるという金属−セラ
ミックス複合体の特徴を発揮することが出来ないおそれ
がある。
る金属加工方法、加工後の金属−セラミックス複合体の
寸法精度等により異なるが、少なくとも０．５μｍ以上
であれば良い。金属加工法のうち安価で生産性の高い汎
用の機械加工法を適用する場合には、前記金属層の厚み
としては５０μｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上であるこ
とが一層好ましい。尚、その上限値に関しては、特に限
定するべき理由がないが、２０ｍｍを越えるときには、
例えば、半導体搭載用回路基板の放熱部品として用いる
ときに、高熱伝導、低熱膨張率であるという金属−セラ
ミックス複合体の特徴を発揮することが出来ないおそれ
がある。
【００１８】本発明のセラミックス構造体は、金属或い
は合金を含浸させることが可能な開放気孔を有し、しか
も含浸操作において破壊することのない機械的強度を有
する構造体であれば、どのようなものでも構わない。
は合金を含浸させることが可能な開放気孔を有し、しか
も含浸操作において破壊することのない機械的強度を有
する構造体であれば、どのようなものでも構わない。
【００１９】その材質については、得られる金属−セラ
ミックス複合体の熱伝導率の低下を少なく、かつ熱膨張
係数をアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラ
ミック基板に近づけるということから、高熱伝導であり
かつ低熱膨張の炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素
及びアルミナ等が好適である。又、シリカは、熱伝導率
は前記セラミックスよりも小さいが、熱膨張係数が小さ
いため少ない添加量で金属−シリカ複合体の熱膨張係数
をセラミック基板の熱膨張係数に近づけることができる
ため、複合体としたときの熱伝導率の低下が少なく、前
記セラミックスを使用したときと同様の効果を得ること
ができ、やはり、好ましい。このうち、炭化珪素は粉体
自体の熱伝導率がアルミニウムよりも高く、炭化珪素を
使用して得られる金属−セラミックス複合体の熱伝導率
は金属単味の熱伝導率よりも高くなることから特に好ま
しい。
ミックス複合体の熱伝導率の低下を少なく、かつ熱膨張
係数をアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラ
ミック基板に近づけるということから、高熱伝導であり
かつ低熱膨張の炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素
及びアルミナ等が好適である。又、シリカは、熱伝導率
は前記セラミックスよりも小さいが、熱膨張係数が小さ
いため少ない添加量で金属−シリカ複合体の熱膨張係数
をセラミック基板の熱膨張係数に近づけることができる
ため、複合体としたときの熱伝導率の低下が少なく、前
記セラミックスを使用したときと同様の効果を得ること
ができ、やはり、好ましい。このうち、炭化珪素は粉体
自体の熱伝導率がアルミニウムよりも高く、炭化珪素を
使用して得られる金属−セラミックス複合体の熱伝導率
は金属単味の熱伝導率よりも高くなることから特に好ま
しい。
【００２０】本発明に用いる金属については、本発明の
目的を達成し得れば、どのようなものであっても構わな
いが、高熱伝導性、軽量性を達成する目的から、アルミ
ニウム、マグネシウム等の軽合金又はそれらの合金が好
ましい。前記合金についても格別の制限はなく、汎用の
アルミニウム合金やマグネシウム合金を用いることがで
きる。アルミニウム合金の場合には、鋳造のしやすさ、
高熱伝導性の発現の点から、Ｓｉ含有量が４〜１０％の
ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、
ＡＣ８Ｂ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ｃ、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１
２等のアルミニウム合金が特に好ましい。
目的を達成し得れば、どのようなものであっても構わな
いが、高熱伝導性、軽量性を達成する目的から、アルミ
ニウム、マグネシウム等の軽合金又はそれらの合金が好
ましい。前記合金についても格別の制限はなく、汎用の
アルミニウム合金やマグネシウム合金を用いることがで
きる。アルミニウム合金の場合には、鋳造のしやすさ、
高熱伝導性の発現の点から、Ｓｉ含有量が４〜１０％の
ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、
ＡＣ８Ｂ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ｃ、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１
２等のアルミニウム合金が特に好ましい。
【００２１】上記のセラミックスと金属の組み合わせに
関して、金属としてアルミニウムあるいはアルミニウム
系合金、セラミックスとして炭化珪素を用いたアルミニ
ウム−炭化珪素複合体は、軽量、高熱伝導、セラミック
基板との熱膨張の適合性の点で特に優れた組合せであ
る。本発明者らは、このアルミニウム−炭化珪素複合体
について、いろいろ検討した結果、炭化珪素含有量には
本発明の目的を達するのに好適な範囲が存在することを
見出し、本発明に至ったものである。即ち、アルミニウ
ム−炭化珪素複合体中の炭化珪素含有量が５０体積％以
下では熱膨張係数が高くなり、セラミック基板との熱膨
張差に起因する前記問題が生じ易くなる。また、セラミ
ックスは高温での熱伝導率が下がるため、８０体積％以
上では、使用時の温度上昇による熱伝導率の低下が著し
くなるという問題が顕著になってくる。従って、アルミ
ニウム−炭化珪素複合体中の炭化珪素含有量は５０〜８
０体積％、すなわち、複合体化前の多孔質炭化珪素構造
体の気孔率は５０〜２０体積％が好適である。
関して、金属としてアルミニウムあるいはアルミニウム
系合金、セラミックスとして炭化珪素を用いたアルミニ
ウム−炭化珪素複合体は、軽量、高熱伝導、セラミック
基板との熱膨張の適合性の点で特に優れた組合せであ
る。本発明者らは、このアルミニウム−炭化珪素複合体
について、いろいろ検討した結果、炭化珪素含有量には
本発明の目的を達するのに好適な範囲が存在することを
見出し、本発明に至ったものである。即ち、アルミニウ
ム−炭化珪素複合体中の炭化珪素含有量が５０体積％以
下では熱膨張係数が高くなり、セラミック基板との熱膨
張差に起因する前記問題が生じ易くなる。また、セラミ
ックスは高温での熱伝導率が下がるため、８０体積％以
上では、使用時の温度上昇による熱伝導率の低下が著し
くなるという問題が顕著になってくる。従って、アルミ
ニウム−炭化珪素複合体中の炭化珪素含有量は５０〜８
０体積％、すなわち、複合体化前の多孔質炭化珪素構造
体の気孔率は５０〜２０体積％が好適である。
【００２２】本発明の金属−セラミックス複合体を得る
方法については、従来公知のいろいろな含浸方法を適用
することができるが、複合体表面に金属層を形成させる
必要から、圧力鋳造による方法が望ましい。すなわち、
ダイキャスト法による場合には、金型のキャビティをプ
リフォームよりも表面層の分だけ大きめに作ることによ
り、表面に金属層を持った複合体を容易に作製すること
ができる。又、溶湯鍛造による場合には、鍛造後に金属
−セラミックス複合体を、表面に金属層が残るように切
り出すことで容易に作製することができる。
方法については、従来公知のいろいろな含浸方法を適用
することができるが、複合体表面に金属層を形成させる
必要から、圧力鋳造による方法が望ましい。すなわち、
ダイキャスト法による場合には、金型のキャビティをプ
リフォームよりも表面層の分だけ大きめに作ることによ
り、表面に金属層を持った複合体を容易に作製すること
ができる。又、溶湯鍛造による場合には、鍛造後に金属
−セラミックス複合体を、表面に金属層が残るように切
り出すことで容易に作製することができる。
【００２３】又、本発明の金属−セラミックス複合体
は、表面が金属で覆われているため、電解或いは無電解
メッキが容易に行えるという特徴を有する。本発明の複
合材は、セラミック基板とのはんだ付けを一層確固とし
たものにする目的で、その表面にＮｉ質メッキを設け
る。Ｎｉ質メッキは、電解法によっても無電解法のいず
れでもよいが、均一な厚みにＮｉ質メッキ層が容易に得
やすいという理由で、無電解法が好ましく選択される。
は、表面が金属で覆われているため、電解或いは無電解
メッキが容易に行えるという特徴を有する。本発明の複
合材は、セラミック基板とのはんだ付けを一層確固とし
たものにする目的で、その表面にＮｉ質メッキを設け
る。Ｎｉ質メッキは、電解法によっても無電解法のいず
れでもよいが、均一な厚みにＮｉ質メッキ層が容易に得
やすいという理由で、無電解法が好ましく選択される。
【００２４】この場合、下地となる複合体表面に存在す
る金属層の厚さについて、０.５μｍから５００μｍで
あることが望ましい。０.５μｍ以下であると部分的に
メッキの不均一が生じることがあるし、５００μｍを超
えるとヒートサイクルによりはんだクラックが生じ易く
なるからである。
る金属層の厚さについて、０.５μｍから５００μｍで
あることが望ましい。０.５μｍ以下であると部分的に
メッキの不均一が生じることがあるし、５００μｍを超
えるとヒートサイクルによりはんだクラックが生じ易く
なるからである。
【００２５】以下、実施例及び比較例に基づき、本発明
を更に詳細に説明する。
を更に詳細に説明する。
【００２６】
〔実施例１〜５〕表１に示す厚さ３ｍｍの金属−セラミ
ックス複合体を作製し、その熱伝導率、熱膨張係数を測
定した。その結果、表１に示すとおりに、表面金属層の
有無にかかわらず、高熱伝導で、熱膨張係数がセラミッ
ク基板に近い金属−セラミックス複合体が得られること
を確認した。
ックス複合体を作製し、その熱伝導率、熱膨張係数を測
定した。その結果、表１に示すとおりに、表面金属層の
有無にかかわらず、高熱伝導で、熱膨張係数がセラミッ
ク基板に近い金属−セラミックス複合体が得られること
を確認した。
【００２７】
【表１】
【００２８】〔実施例６及び比較例１〕表２に示すよう
に、厚さ３００μｍの表面金属層を有する厚さ３ｍｍの
ＡＣ４Ｃ合金−炭化珪素複合体（炭化珪素含有率６５体
積％）に電解Ｎｉメッキを施した結果、全面に均一にＮ
ｉメッキをすることができた。一方、表面金属層を有し
ない通常のＡＣ４Ｃ合金−炭化珪素複合体（炭化珪素含
有量６５体積％）にも電解Ｎｉを行なったが、メッキは
着かなかった。
に、厚さ３００μｍの表面金属層を有する厚さ３ｍｍの
ＡＣ４Ｃ合金−炭化珪素複合体（炭化珪素含有率６５体
積％）に電解Ｎｉメッキを施した結果、全面に均一にＮ
ｉメッキをすることができた。一方、表面金属層を有し
ない通常のＡＣ４Ｃ合金−炭化珪素複合体（炭化珪素含
有量６５体積％）にも電解Ｎｉを行なったが、メッキは
着かなかった。
【００２９】
【表２】
【００３０】〔実施例７〜９、比較例２〜３〕表３に示
す厚さ３ｍｍの金属−セラミックス複合体を作製し、無
電解Ｎｉ−Ｐメッキにより１０μｍ厚のメッキを施し
た。メッキ層にナイフにて３ｍｍ間隔でメッシュ状に切
込みをいれ、各メッシュに錫メッキ銅線をはんだつけ
し、この導線を引っ張り、メッキの剥離強度を調べるこ
とで、メッキ付着力を測定した。その結果、表面に金属
層を設けた金属−セラミック複合体のメッキ付着力が、
表面金属層を有しない通常のＡＣ４Ｃ合金−炭化珪素複
合体と比較して強いことが明かとなった。
す厚さ３ｍｍの金属−セラミックス複合体を作製し、無
電解Ｎｉ−Ｐメッキにより１０μｍ厚のメッキを施し
た。メッキ層にナイフにて３ｍｍ間隔でメッシュ状に切
込みをいれ、各メッシュに錫メッキ銅線をはんだつけ
し、この導線を引っ張り、メッキの剥離強度を調べるこ
とで、メッキ付着力を測定した。その結果、表面に金属
層を設けた金属−セラミック複合体のメッキ付着力が、
表面金属層を有しない通常のＡＣ４Ｃ合金−炭化珪素複
合体と比較して強いことが明かとなった。
【００３１】
【表３】
【００３２】〔実施例１０〜１１、比較例４〜５〕表４
に示す厚さ３ｍｍの金属−セラミックス複合体を作製
し、それに窒化アルミニウム基板をはんだ付けし、−４
０℃から＋１２５℃の間で、温度の上昇、保持、下降の
１サイクルが４０分の温度サイクルをかけはんだクラッ
クの発生の有無を観察した。その結果、３０００回サイ
クルの段階で、表面に５００μｍ厚以下の金属層を設け
た金属−セラミックス複合体にはクラックは発生しなか
ったが、表面に５００μｍを超える厚さの金属層を持つ
金属−セラミックス複合体、及び表面に金属層の無い通
常の金属−セラミックス複合体にはクラックが発生した
ものが認められた。
に示す厚さ３ｍｍの金属−セラミックス複合体を作製
し、それに窒化アルミニウム基板をはんだ付けし、−４
０℃から＋１２５℃の間で、温度の上昇、保持、下降の
１サイクルが４０分の温度サイクルをかけはんだクラッ
クの発生の有無を観察した。その結果、３０００回サイ
クルの段階で、表面に５００μｍ厚以下の金属層を設け
た金属−セラミックス複合体にはクラックは発生しなか
ったが、表面に５００μｍを超える厚さの金属層を持つ
金属−セラミックス複合体、及び表面に金属層の無い通
常の金属−セラミックス複合体にはクラックが発生した
ものが認められた。
【００３３】
【表４】
【００３４】〔実施例１２、比較例６〕表５に示す、縦
１００ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ３ｍｍの金属−セラミッ
クス複合体を作製し、それに縦横が同じ大きさで、厚さ
２０ｍｍのＡｌ板を４隅でネジ止めし、１２５℃の温度
に加熱した。その結果、表面に金属層を設けた金属−セ
ラミックス複合体とＡｌ板の間には隙間は認められなか
ったが、表面に金属層の無い通常の金属−セラミックス
複合体には隙間が生じていた。
１００ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ３ｍｍの金属−セラミッ
クス複合体を作製し、それに縦横が同じ大きさで、厚さ
２０ｍｍのＡｌ板を４隅でネジ止めし、１２５℃の温度
に加熱した。その結果、表面に金属層を設けた金属−セ
ラミックス複合体とＡｌ板の間には隙間は認められなか
ったが、表面に金属層の無い通常の金属−セラミックス
複合体には隙間が生じていた。
【００３５】
【表５】
【００３６】
【発明の効果】金属−セラミックス複合体の表面に当該
金属の層を設けることにより、メッキ性が良く、塑性ひ
ずみによるはんだクラックの発生や放熱フィンとの密着
性の低下が無く、かつ加工性にも優れた金属−セラミッ
クス複合体が得られ、特に電子部品の放熱部品として、
セラミックス回路基板のヒートシンク材料として好適で
ある。
金属の層を設けることにより、メッキ性が良く、塑性ひ
ずみによるはんだクラックの発生や放熱フィンとの密着
性の低下が無く、かつ加工性にも優れた金属−セラミッ
クス複合体が得られ、特に電子部品の放熱部品として、
セラミックス回路基板のヒートシンク材料として好適で
ある。
【００３７】本発明の金属−セラミックス複合体は、そ
の軽量性と力学的特性から、また表面に金属層を設ける
構造を有し加工が容易であることから、ヒートシンク用
途以外の、例えば運輸、航空分野での金属代替用材料用
途にも有用である。
の軽量性と力学的特性から、また表面に金属層を設ける
構造を有し加工が容易であることから、ヒートシンク用
途以外の、例えば運輸、航空分野での金属代替用材料用
途にも有用である。
Claims (6)
- 【請求項１】 多孔質セラミックス構造体に金属を含浸
してなる複合体であって、該複合体表面全体に前記金属
の層を設けてなることを特徴とする複合体。 - 【請求項２】 多孔質セラミックス構造体が炭化珪素、
窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ又はシリカから
なる群より選ばれる１種以上からなることを特徴とする
請求項１記載の複合体。 - 【請求項３】 金属がアルミニウム又はマグネシウムの
いずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の複合体。 - 【請求項４】 前記多孔質セラミックスが空隙率２０〜
５０％の炭化珪素からなり、前記金属がアルミニウムを
主成分とすることを特徴とする請求項１、請求項２又は
請求項３記載の複合体。 - 【請求項５】 表面にＮｉ質メッキ層を設けてなる請求
項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の複合体。 - 【請求項６】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４又は請求項５記載の複合体を用いてなることを特徴と
するヒートシンク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9291866A JPH11130568A (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 複合体とそれを用いたヒートシンク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9291866A JPH11130568A (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 複合体とそれを用いたヒートシンク |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11130568A true JPH11130568A (ja) | 1999-05-18 |
Family
ID=17774454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9291866A Pending JPH11130568A (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 複合体とそれを用いたヒートシンク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11130568A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000281468A (ja) | 1998-11-12 | 2000-10-10 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 炭化珪素質複合体及びその製造方法とそれを用いた放熱部品 |
| WO2002045161A1 (en) * | 2000-11-29 | 2002-06-06 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Integral-type ceramic circuit board and method of producing same |
| JP2006299304A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料 |
| JP2010106366A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
| JP2010106362A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合部材及びその製造方法 |
| JP2010106365A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
| JP2011073055A (ja) * | 2009-10-02 | 2011-04-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合部材の製造方法 |
| EP2398081A1 (en) * | 2009-02-13 | 2011-12-21 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Composite substrate for led light emitting element, method of production of same, and led light emitting element |
| EP2461379A1 (en) * | 2009-07-31 | 2012-06-06 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Led equipment purpose wafer, method for manufacturing same, and led-equipped structure using led equipment purpose wafer |
| US8480783B2 (en) | 2009-07-22 | 2013-07-09 | Hitachi, Ltd. | Sintered porous metal body and a method of manufacturing the same |
| US9028959B2 (en) | 2008-10-03 | 2015-05-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Composite member |
| CN113941707A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-18 | 广东昭信照明科技有限公司 | 一种增强铝基碳化硅led散热封装基板及其制备方法 |
-
1997
- 1997-10-24 JP JP9291866A patent/JPH11130568A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000281468A (ja) | 1998-11-12 | 2000-10-10 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 炭化珪素質複合体及びその製造方法とそれを用いた放熱部品 |
| WO2002045161A1 (en) * | 2000-11-29 | 2002-06-06 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Integral-type ceramic circuit board and method of producing same |
| US7130174B2 (en) | 2000-11-29 | 2006-10-31 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Integral-type ceramic circuit board and method of producing same |
| US7207105B2 (en) | 2000-11-29 | 2007-04-24 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing an integral ceramic circuit board |
| JP2006299304A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料 |
| JP2010106362A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合部材及びその製造方法 |
| US9028959B2 (en) | 2008-10-03 | 2015-05-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Composite member |
| EP2398081B1 (en) * | 2009-02-13 | 2018-05-09 | Denka Company Limited | Composite substrate for led light emitting element, method of production of same, and led light emitting element |
| EP2398081A1 (en) * | 2009-02-13 | 2011-12-21 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Composite substrate for led light emitting element, method of production of same, and led light emitting element |
| US8480783B2 (en) | 2009-07-22 | 2013-07-09 | Hitachi, Ltd. | Sintered porous metal body and a method of manufacturing the same |
| EP2461379A4 (en) * | 2009-07-31 | 2012-12-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | WAFER FOR EQUIPPING AN LED, METHOD FOR ITS MANUFACTURE AND WITH EQUIPPED LED STRUCTURE WITH THE WAFER FOR EQUIPPING AN LED |
| KR20120082865A (ko) * | 2009-07-31 | 2012-07-24 | 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤 | Ｌｅｄ 탑재용 웨이퍼와 그 제조 방법, 및 그 웨이퍼를 이용한 ｌｅｄ 탑재 구조체 |
| EP2461379A1 (en) * | 2009-07-31 | 2012-06-06 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Led equipment purpose wafer, method for manufacturing same, and led-equipped structure using led equipment purpose wafer |
| US8890189B2 (en) | 2009-07-31 | 2014-11-18 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Wafer for LED mounting, method for manufacturing same, and LED-mounted structure using the wafer |
| JP5789512B2 (ja) * | 2009-07-31 | 2015-10-07 | 電気化学工業株式会社 | Ｌｅｄ搭載用ウエハとその製造方法、及びそのウエハを用いたｌｅｄ搭載構造体 |
| JP2011073055A (ja) * | 2009-10-02 | 2011-04-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合部材の製造方法 |
| JP2010106365A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
| JP2010106366A (ja) * | 2009-12-11 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
| CN113941707A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-18 | 广东昭信照明科技有限公司 | 一种增强铝基碳化硅led散热封装基板及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4348565B2 (ja) | 高熱伝導・低熱膨張複合材及び放熱基板 | |
| TWI357788B (ja) | ||
| JP4344934B2 (ja) | 高熱伝導・低熱膨張複合材及び放熱基板並びにこれらの製造方法 | |
| KR20200004799A (ko) | 세라믹스 회로 기판 및 그 제조 방법과 그것을 사용한 모듈 | |
| US6485816B2 (en) | Laminated radiation member, power semiconductor apparatus, and method for producing the same | |
| GB2311414A (en) | Composite substrate for a heat-generating semiconductor device | |
| JP2007535151A (ja) | ホウ素を含むダイヤモンドと銅複合材料から成るヒートシンク | |
| JPH11130568A (ja) | 複合体とそれを用いたヒートシンク | |
| JP2000336438A (ja) | 金属−セラミックス複合材料およびその製造方法 | |
| TW202006152A (zh) | 金屬-碳化矽質複合體、及金屬-碳化矽質複合體之製造方法 | |
| JP2000323618A (ja) | 銅回路接合基板及びその製造方法 | |
| JP6940997B2 (ja) | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 | |
| JP4067165B2 (ja) | 複合体とそれを用いたヒートシンク | |
| JP2005026252A (ja) | セラミック回路基板、放熱モジュール、および半導体装置 | |
| KR100519063B1 (ko) | 진공아아크 용해법에 의한 고규소 Ａｌ－Ｓｉ합금전자패키징용 소재 및 그 제조방법 | |
| JP2016180185A (ja) | アルミニウム合金−セラミックス複合体、この複合体の製造方法、及びこの複合体からなる応力緩衝材 | |
| JP4543275B2 (ja) | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 | |
| JPH11163209A (ja) | セラミックス回路基板とその製造方法 | |
| JP4014248B2 (ja) | 傾斜機能材料の製造方法 | |
| JP2001203299A (ja) | アルミニウム板とそれを用いたセラミックス回路基板 | |
| JP6263324B2 (ja) | アルミニウム合金−セラミックス複合体の製造方法 | |
| JP4190608B2 (ja) | 炭素繊維を分散したアルミニウム基複合材料 | |
| JP2003306730A (ja) | Ａｌ−ＳｉＣ系複合体および放熱部品 | |
| JP2001217364A (ja) | Ａｌ−ＳｉＣ複合体 | |
| JP2002033423A (ja) | モジュール構造体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040802 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050517 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050606 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060307 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060315 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060829 |